220 kV變電站接地設(shè)計

于光遠 ，邰能靈

（1.上海交通大學(xué)電氣工程系，上海 200240；2.濟南供電公司，山東 濟南 250012）

0 引言

變電站接地是保證變電站正常工作非常重要的技術(shù)措施，不僅為變電站內(nèi)各種電氣設(shè)備提供公共參考地，而且還能在系統(tǒng)故障時將故障電流迅速分流，防止變電站地電位升高，保證人身和設(shè)備安全[1]。

1 變電站銅接地網(wǎng)與鋼接地網(wǎng)的比較

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對變電站接地設(shè)計的要求也越來越高。長期、可靠、穩(wěn)定的接地系統(tǒng)，是維持設(shè)備穩(wěn)定運行、保證設(shè)備和人員安全的根本保障，接地系統(tǒng)長期安全可靠運行的關(guān)鍵在于品質(zhì)好的接地材料和可靠地連接。

我國傳統(tǒng)接地體均采用鋼材質(zhì)，在國外，銅作為接地材料已有超過100年的歷史，而且是唯一的選擇，銅接地網(wǎng)與鋼接地網(wǎng)相比有明顯優(yōu)點[2]。

1）銅接地網(wǎng)導(dǎo)電性能優(yōu)、熱穩(wěn)定性能好、耐腐蝕能力強、施工方便、壽命長、投運后檢驗維護工作量少、無污染。

2）采用銅接地網(wǎng)，較采用鍍鋅扁鋼的接地網(wǎng)，接地體的截面大為減小。由于接地材質(zhì)截面減小，接地網(wǎng)接地電阻值略有增加，約為1%～2%，對接地網(wǎng)整體性能的影響可忽略不計。

3）銅接地網(wǎng)采用放熱焊接，確保連接點為分子結(jié)合、無腐蝕、無松弛，放熱焊接操作簡單快捷，焊點美觀。雖然價格較高，但是相對鋼接地網(wǎng)連接更可靠、牢固。

4）選用銅接地網(wǎng)時多數(shù)設(shè)備可采用單點接地，與鋼接地網(wǎng)的雙接地點相比，不僅能夠滿足接地可靠性的要求，而且減少投資。

2 變電站接地設(shè)計

2.1 變電站接地設(shè)計執(zhí)行規(guī)程

DL/T 621-1997《交流電氣裝置的接地》；

DL/T 620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合的規(guī)定》；

GB50057-1994《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》。

2.2 接地網(wǎng)間距布置

在以往接地設(shè)計中，接地網(wǎng)均壓導(dǎo)體都按3 m、5 m、7 m、10 m等間距布置，由于端部和鄰近效應(yīng)，地網(wǎng)的邊角處泄漏電流遠大于中心處，使地電位分布很不均勻，邊角網(wǎng)孔電勢大大高于中心網(wǎng)孔電勢，而且這種差值隨地網(wǎng)面積和網(wǎng)孔數(shù)的增加而加大。而不等間距布置能增大中部導(dǎo)體的泄漏電流密度分布，相應(yīng)降低了邊緣導(dǎo)體的泄漏電流密度，使得中部導(dǎo)體能得到更充分的利用。采用不等間距布置優(yōu)化設(shè)計接地網(wǎng)，能夠使地網(wǎng)各網(wǎng)孔電位趨于一致，提高變電站安全水平。

2.3 地網(wǎng)中垂直接地極布置

地網(wǎng)中間垂直接地極被水平接地極屏蔽，對改善接地電阻作用不大，垂直接地極只對某些設(shè)備的散流效果起加強作用。因此，除避雷器、構(gòu)架避雷針、變壓器中性點，消弧線圈中性點等要增設(shè)垂直接地極外，其余地方有一次設(shè)備的可適當裝一些，而地網(wǎng)邊沿一圈可多裝垂直接地極，提高散流效果，相當于擴大地網(wǎng)面積，減少接地電阻。

2.4 接地極熱穩(wěn)定校驗

熱穩(wěn)定校驗按流過接地線的短路電流穩(wěn)定值進行，設(shè)備接地引下線截面應(yīng)大于地網(wǎng)主干線截面，因短路電流到主干線后至少會向兩側(cè)分流?？紤]到地下主干線易腐蝕，采購材料規(guī)格不宜過多，一般地下主干線與接地引下線都用同一規(guī)格，但必須符合下式要求的截面積

式中：Sg為接地線最小截面，mm2；Ig為流過接地線的短路電流穩(wěn)定值 （根據(jù)系統(tǒng)5～10年的發(fā)展規(guī)劃，按系統(tǒng)最大運行方式確定），A；c為接地材料的熱穩(wěn)定系數(shù)（根據(jù)材料的種類、性能及最高允許溫度和短路前接地線的初始溫度確定，一般取40°）；te為短路的等效持續(xù)時間，110 kV及以上系統(tǒng)取1 s，35 kV 及以下取 2 s。

2.5 接地引下線設(shè)計

根據(jù)國網(wǎng)公司十八項反事故措施關(guān)于防止接地網(wǎng)和過電壓事故的要求，變壓器中性點應(yīng)有兩根與主地網(wǎng)不同干線連接的接地引下線，并且每根接地引下線均應(yīng)符合熱穩(wěn)定校核的要求。重要設(shè)備及設(shè)備架構(gòu)等宜有兩根與主地網(wǎng)不同干線連接的接地引下線，并且每根接地引下線均應(yīng)符合熱穩(wěn)定校核的要求，連接引線應(yīng)便于定期進行檢查測試。

3 接地施工

由于施工人員素質(zhì)等各種原因，地網(wǎng)施工的質(zhì)量往往難以保證，會出現(xiàn)虛焊、斷開、串聯(lián)接地現(xiàn)象，甚至引下接地線不接到主網(wǎng)干線等也有可能發(fā)生。為防止上述事件的發(fā)生，關(guān)鍵是地網(wǎng)檢查試驗要由專業(yè)人員認真進行通斷檢查，做好中間驗收和竣工驗收，發(fā)現(xiàn)不合格及時返工，才能保證施工質(zhì)量。

1）接地裝置施工執(zhí)行標準，GB50169-92《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范》。

2）橫向和縱向接地體（包括電纜溝的接地體）相互交叉處應(yīng)焊接在一起，銅與銅，銅與鐵之間采用放熱焊接，連接器為純度97%的金屬銅，使用壽命100年。

3）主接地網(wǎng)建好后，實測接地電阻。主接地網(wǎng)的接地電阻在任何季節(jié)，均需小于0.5 Ω，否則應(yīng)采取相應(yīng)措施處理。主要降阻措施：敷設(shè)水平外延接地，增加接地網(wǎng)的面積；深埋式接地極，在地電阻率隨地層深度增加而減小較快的地方，可以采用深埋接地體的方法減小接地電阻；利用接地電阻降阻劑，在接地極周圍敷設(shè)了降阻劑后，可以起到增大接地極外形尺寸，降低接觸電阻的作用。

4）接地網(wǎng)敷設(shè)于室外地坪下0.8 m處，穿道路時可為1.0 m。由接地網(wǎng)向上引出接地線分別引至各設(shè)備層，引上線敷設(shè)在構(gòu)造柱或墻體內(nèi)，至需引出層留出節(jié)點，在建筑物兩側(cè)各設(shè)一處地阻檢測點，在進站大門處敷設(shè)兩條與主接地網(wǎng)相連的“帽沿式”均壓帶。

5）配電綜合樓及電纜溝下的接地體可隨綜合樓土建基礎(chǔ)及電纜溝開挖，埋設(shè)于基礎(chǔ)及電纜溝下0.5～1 m新土中，并與埋深0.8 m處敷設(shè)的水平接地網(wǎng)相連。

6）為減少接觸電勢及跨步電勢對人身的危害，采取如下防范措施：站內(nèi)公路及進站公路段全部采用瀝青混凝土路面；站區(qū)四周金屬圍欄需與接地網(wǎng)可靠連接。

7）戶內(nèi)各電壓等級避雷器均就近與室內(nèi)接地干線連接，戶外設(shè)備避雷器附近需敷設(shè)垂直接地體。

8）為增加二次回路抗干擾能力，需敷設(shè)保護用等電位接地網(wǎng)。沿全站設(shè)備下二次電纜溝敷設(shè)截面25 mm×4 mm銅帶，若設(shè)備的下層為隧道層，則緊貼洞壁敷設(shè)銅帶，該銅帶相互連接，形成等電位銅網(wǎng)。分散敷設(shè)的銅帶需引至主控制室，與主控室屏下的銅接地網(wǎng)可靠連接形成等電位網(wǎng)，引上線仍采用截面25 mm×4 mm銅帶。主控室內(nèi)等電位接地銅網(wǎng)須用4根截面25 mm×4 mm的銅帶與主接地網(wǎng)在電纜豎井處一點可靠連接。

9）穿墻套管的接地宜在室外，且每組套管的接地線都要引至主干線，對運行人員和屋內(nèi)二次設(shè)備都比較安全。

10）如變電站有戶外設(shè)備，則應(yīng)在站內(nèi)設(shè)獨立避雷針作為直擊雷保護。獨立避雷針設(shè)獨立的接地裝置，在非高土壤電阻率地區(qū)，其工頻接地電阻不應(yīng)超過10 Ω。避雷針及其接地裝置與道路或出入口等的距離不宜小于3 m，否則應(yīng)采取均壓措施或鋪設(shè)礫石或瀝青地面，也可敷設(shè)混凝土地面。獨立避雷針的接地裝置與接地網(wǎng)的地中距離不應(yīng)小于3 m，根據(jù)驗收要求，避雷線引下線要有明顯斷開點，以方便變電站地阻的測量。

11）室內(nèi)接地線沿地面暗敷，各設(shè)備間的基礎(chǔ)槽鋼、支架、預(yù)埋件及金屬圍欄等金屬構(gòu)件均需可靠接地。由各設(shè)備間相應(yīng)位置接地線處連接，接至設(shè)備和支架的接地線應(yīng)明敷。建筑物各柱及梁、板內(nèi)均有截面不小于200 m2的鋼筋焊成整體，形成等電位籠，并與主接地網(wǎng)在地中焊接在一起，形成均衡電位接地系統(tǒng)。

4 應(yīng)用舉例

以濟南220 kV大橋變電站為例對主接地網(wǎng)進行說明，接地網(wǎng)布置如圖1所示。變電站采用銅接地網(wǎng)，為節(jié)約投資，主地網(wǎng)引上線、避雷針接地及室內(nèi)水平接地體仍采用鍍鋅扁鋼。

變電站內(nèi)接地方式為以水平接地體為主，由水平接地體和垂直接地體組成的復(fù)合接地體接地方式。水平均壓帶呈10×8不等間距方孔布置，接地網(wǎng)邊緣閉合。垂直接地極以10 m間距布置于接地網(wǎng)最外沿，戶外設(shè)備避雷器附近布置一組垂直接地極，用于擴大接地網(wǎng)面積，提高散流效果，接地網(wǎng)面積約7 391 m2。

獨立避雷針設(shè)置獨立接地裝置，與接地網(wǎng)的地中距離為3 m，由于戶外電纜溝內(nèi)有二次電纜，為增加二次回路抗干擾能力，在二次電纜溝內(nèi)敷設(shè)截面25 mm×4 mm銅帶，變電站建成后，斷開避雷針引下線，經(jīng)檢測變電站內(nèi)接地電阻小于，符合設(shè)計要求。

圖1 接地網(wǎng)布置圖

5 結(jié)語

變電站接地網(wǎng)設(shè)計應(yīng)結(jié)合實際情況進行，接地裝置能否發(fā)揮應(yīng)起的作用，關(guān)鍵在于設(shè)計和施工運行。設(shè)計是保證接地裝置效果的前提條件，施工的工藝和質(zhì)量是保證接地裝置效果的基礎(chǔ)，在高土壤電阻率地區(qū)的變電站設(shè)計與建設(shè)中，應(yīng)注重優(yōu)化設(shè)計與綜合治理，提高地網(wǎng)建設(shè)經(jīng)濟性與運行可靠性。